[发明专利]一种水热法合成的具有Z型异质结CdS/g-C3

说明书

本发明涉及一种水热法合成的具有Z型异质结CdS/g‑C₃N₄复合光催化剂材料的制备方法，其中CdS/g‑C₃N₄缩写为CNCS，通过改变CN的掺入量来调控复合光催化剂材料的微观形貌，在g‑C₃N₄(CN)和CdS之间构建了Z型异质结，促进了光生载流子的分离并增强了氧化还原能力；此方法首先在高温下煅烧三聚氰胺再洗涤干燥得到g‑C₃N₄粉末，随后再二次煅烧制得g‑C₃N₄纳米片，紧接着在四水合硝酸镉和硫脲配置的溶液中加入不同质量的g‑C₃N₄纳米片，制得具有特殊构型的CdS/g‑C₃N₄复合材料；本方法制得的CdS/g‑C₃N₄Z型异质结具有海胆状的结构，增大了样品的比表面积使得活性位点增多，具有出色的降解污染物的能力和优异的循环稳定性，且多次循环后晶体结构不变，为制备特定形貌的光催化剂提供了参考。

【技术领域】：本发明属于复合光催化剂领域，尤其是一种水热法合成的具有Z型异质结CdS/g-C₃N₄复合光催化剂材料的制备方法。

【技术背景】：随着全球技术和经济的飞速发展，不可再生资源的消耗巨大。同时，这些不可再生资源消耗时产生的气体会导致严重的空气污染和全球变暖。因此，寻找可再生无污染的能源是迫在眉睫的事情。目前，氢被认为是最理想的能源，因其具有相对丰富的储量、高能量密度(122kJ/g)及环境友好性(WU L-Z，CHEN B，LI Z-J，et al.Enhancementof the Efficiency of Photocatalytic Reduction of Protons to Hydrogen viaMolecular Assembly.Accounts of Chemical Research，2014，47：2177)。但是，当前制氢的方法仍需依赖于燃料作为驱动力(ZOU X，ZHANG Y.Noble metal-free hydrogenevolution catalysts for water splitting.Chemical Society Reviews，2015，44：5148)。尽管水电解提供了一种可持续生产氢的方法，但该途径涉及大量的功率消耗且能量转换效率低；而电能生产也主要基于传统的化石燃料。因此，如何利用可再生能源发展智能的制氢策略，将会成为解决能源危机和环境污染的一种可行方法。

早在2009年，Wang等人最早提出g-C₃N₄可以将水分解制备氢气的方法(WANG X，MAEDA K，THOMAS A，et al.A metal-free polymeric photocatalyst for hydrogenproduction from water under visible light.Nature Materials，2009，8：76)。随后，g-C₃N₄就被看成最有潜力的光催化材料；据报道，C₃N₄是绿色和不含贵金属的半导体光催化剂，在C₃N₄中有两个同时发生的反应：(1)由于不含金属，因此应用在酸和碱的环境下均具有稳定性；(2)通过C和N杂化形成共轭石墨平面(ZHANG X-S，HU J-Y，JIANG H.Facilemodification of a graphitic carbon nitride catalyst to improve itsphotoreactivity under visible light irradiation.Chemical Engineering Journal，2014，256：230)。由于存在优异的性质，人们一直关注于C₃N₄的性能提升，使其在近十年得到了广泛的研究。